Denizli Buldan Barajı Sarıgöl Sulaması İsale Hattı Su Darbesi Analizleri

Abstract

Sulama iletim hatlarında, suyun aniden açılması veya aniden kesilmesi durumları hat içerisinde ani basınç değişimlerine neden olabilir. Su darbesi denilen bu olay, akışkan koşullarının momentumundaki ani değişiklikler veya değişikliklerle ilişkili olarak iletim hattındaki basınç dalgalarının üretilmesini, yayılmasını ve yansımasını tanımlar. İletim hattındaki kontrolsüz bir su darbesi hattın hasar görmesine neden olabilir, ekipmanlara zarar verebilir ve hatta can kaybına neden olabilir. Hatların proje aşamasında su darbesinin modellenmesi ve gerekli önlemlerin alınması önemlidir. Bu çalışma kapsamında, Denizli Buldan Barajı Sarıgöl Sulaması İsale hattının su darbesi analizleri yapılmıştır. Buldan barajı ile regülatör arasındaki yaklaşık 3400 m’lik iletim kısmı, 2740 ha (brüt), 1870 ha (net) saha alanına sulama hizmeti verecek olan Sarıgöl isale hattı, yoğun olarak mansap deresine karışan sediment ve bunun sonucunda sulamayı olumsuz olarak etkilemesi nedeniyle kapalı borulu olarak yapılması tasarlanmıştır. Bu amaçla, basınçlı sistemlerde yaygın olarak kullanılan karakteristikler metodu adı verilen matematiksel yöntem kullanılarak, zamanla değişen akım şartları altında analizler yapılmıştır. Su darbesini kütle korunum diferansiyel denklemlerinin karakteristik metodu için oluşturulan algoritmayı içeren bilgisayar kodu yazılmıştır. Bu program kullanılarak, bir rezervuar boru vana için su darbesi analizi yapılmıştır ve iletim hattının, su darbeleri nedeniyle meydana gelen basınç değişimleri hesaplanmıştır. Bu analizler sonucunda hatta yerleştirilmesi gereken enerji kırıcı vanaların yerleri ve vana kapanma süreleri önerilmiştir.

Keywords

• Denizli Buldan Barajı
• Sarıgöl Sulaması
• İsale Hattı
• Su Darbesi
• Vana Kapanma Süreleri
• Kararsız Akımlar

Water Hammer Analyses of the Denizli Buldan Dam - Sarıgöl Irrigation Pipeline

Abstract

In the irrigation transmission lines, sudden opening or sudden cut of water may cause sudden pressure changes in the line. This event, which called as water hammer, describes the generation, propagation and reflection of pressure waves in the transmission line in relation to sudden changes or changes in the momentum of fluid conditions. An uncontrolled water hammer on the transmission line can cause line damage, damage equipment, and even loss of life. It is important to model the water hammer and take the necessary measures during the project phase of the lines. Within the scope of this study, water hammer analyzes of Denizli Buldan Dam Sarıgöl Irrigation Transmission Line were conducted. The 3400 m transmission section between Buldan Dam and regulator, the Sarıgöl transmission line, which will provide irrigation services to 2740 ha (total), 1870 ha (net) field area, is a pressurized pipe due to the downstream sediment and consequently negatively affects irrigation. For this purpose, analyzes were carried out under time-dependent flow conditions using the mathematical method called characteristics methods commonly used in pressurized systems. An implementation of the algorithm created for the characteristic method of water hammer mass conservation differential equations is written. Using this program, water hammer analysis for a reservoir pipe valve was made and elastic deformations and pressure changes of the transmission line due to water hammer were calculated. As a result of these analyzes, the locations of the valves that need to be placed on the line and valve closing times are proposed.

Keywords

• Denizli Buldan Dam
• Sarıgöl Irrigation
• Water Transmission Line
• Water Hammer
• Valve Closure Durations
• Unsteady Flows.

References

1. [1] Su, C.-K., Camara, C., Kappus, B., Putterman, S.J. 2003. Cavitation Luminescence in a Water Hammer: Upscaling Sonoluminescence, Journal of Physics of Fluids, Vol. 15, No. 6, pp. 1457- 1461. DOI: 10.1063/1.1572493.
2. [2] Wood, D. J. 2005. Water Hammer Analysis – Essential and Easy, Journal of Environment Engineering, Vol. 131, No:8, pp. 1123-1131. DOI: 10.1061/(ASCE)0733-9372(2005)131:8(1123).
3. [3] Chaudhry, M. H. 1987. Applied Hydraulic Transients. 2nd ed. Van Nostrand Reinhold Company. New York, USA.
4. [4] Watters, G.Z. 1979. Modern Analysis and Control Of Unsteady Flow in Pipelines. Ann Arbor Science Publishers. Michigan, USA, 251 pages.
5. [5] Abbott, M. 1966. An Introduction to the Method of Characteristics. Elsevier. New York, USA, 243 pages.
6. [6] Gray, C.A.M. 1953. Analysis of the Dissipation of Energy in Water Hammer. Proceedings of ASCE, Vol. 119, Paper:274, 1176-1194.
7. [7] Gray, C.A.M. 1954. Analysis of Water Hammer by Characteristics. Proceedings of ASCE, Vol. 119, 1176-1189.
8. [8] Ezekial, F.D., Paynter, H.M. 1957. Computer Representation of Engineering Systems Involving Fluid Transients, Transactions of ASME, Vol. 79, 1840-1850.

9. [9] Streeter, V.L., Lai, C. 1962. Water Hammer Analysis Including Friction, Journal of Hydraulics Division, Vol. 88, 79-112.
10. [10] Streeter, V.L., Wylie, E.B. 1967. Hydraulic Transients. McGraw-Hill., 329 pages.
11. [11] Streeter, V.L., Wylie, E.B. 1972. Unsteady Flow Calculation by Numerical Methods, Journal of Basic Engineering, ASME, Vol. 94, 457-466.
12. [12] Streeter, V.L., Wylie, E.B. 1983. Mecánica de Fluidos. McGraw-Hill.
13. [13] Wylie, E.B., Streeter, V.L. 1993. Fluid Transients in Systems. Prentice-Hall, USA.
14. [14] Tullis, J.P. 1989. Hydraulics of Pipelines. J. Wiley & Sons Inc., USA.
15. [15] Thorley, A.R.D. 1989. Check Valve Behaviour Under Transient Flow Conditions: A State-of-the art Review, Journal of Fluids Engineering, Vol. 111, 178-183.
16. [16] Larock, B.E., Jeppson, R.W., Watters, G.Z. 2000. Hydraulics of Pipeline Systems. CRC Press, USA.
17. [17] Gürsel, T.K., Çağlar A. 2014. Küresel Valflerde Su Darbesi Etkisinin İncelenmesi, SDÜ Mühendislik Bilimleri ve Tasarım Dergisi, Cilt. 2, No. 2, 91-101. DOI: 10.21923/mbtd.91149.
18. [18] Nerella, R., Rathnam E.V. 2015. Fluid Transients and Wave Propagation in Pressurized Conduits due to Valve Closure. Procedia Engineering, Cilt. 127, 1158-1164.
19. [19] Popescu, M., Arsenie, D., Vlase, P. 2003. Applied Hydraulic Transients for Hydropower Plants and Pumping Stations, A.A. Balkema Publishers.
20. [20] Koç, A.C. 2001. Computation of Unsteady Flows in Hydraulic Systems with Hydraulic Machinery. The Graduate School of the Natural and Applied Sciences, Dokuz Eylül University, Ph.D. Thesis, İzmir.
21. [21] Bozkuş, Z. 2008. Çamlıdere-İvedik İsale Hattında Su Darbesi Analizleri. Teknik Dergi, TMMOB İnşaat Mühendisleri Odası Cilt. 19, No. 2, s. 4409- 4422.
22. [22] Kaşıkçı, N. S., Güney, M. Ş. 2009. Pompa Durmasıyla Oluşan Kararsız Akımların Deneysel ve Teorik Olarak Araştırılması, Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, Cilt. 24, No. 2, s. 359-368.
23. [23] Sakabaş, E. 2012. Investıgation of Waterhammer Problems in Çamlıdere Dam-İvedik Water Treatment Plant Pipeline at Various Hydraulic Conditions. Middle East Technical University, Ph.D. Thesis.
24. [24] Garcia-Alcaide, V.M., Palleja-Cabre, S., Castilla, R., Gamez-Montero, P.J., Romeu, J., Pamies, T., Amate, J., Milan, N. 2017. Numerical Study of the Aerodynamics of Sound Sources in a Bass-Reflex Port, Engineering Applications of Computational Fluid Mechanics, Cilt. 11, No. 1, 210-224. DOI: 10.1080/19942060.2016.1277166.
25. [25] Soares, A.K., Martins, N., Covas, D.I.C. 2015. Investigation of Transient Vaporous Cavitation: Experimental and Numerical Analyses, 13th Computer Control for Water Industry Conference, CCWI 2015, Procedia Engineering, Vol. 119, 235-242.
26. [26] Larsen, J.K., Lassen, K.L, Jensen, R.K. 2018. Modelling of a Two Phase Water Hammer, Aalborg, Norway.
27. [27] İstanbullu, A. 2019. Analysis of Water Hammer Effects Inside Pipelines Using Advanced CFD Techniques. Marmara Üniversitesi. Doktora Tezi.
28. [28] Lax, P.D. 1954. Weak Solutions of Nonlinear Hyperbolic Equations and Their Numerical Computation, Communications on Pure and Applied Mathematics, Vol. 7, 159-193.